1、版高考生物人教版一轮复习学案第十单元 第33讲 基因工程 Word版含答案第33讲基因工程考点一基因工程的操作工具1基因工程的概念2限制性核酸内切酶(限制酶)3DNA连接酶4载体1(选修3 P6“寻根问底”改编)DNA连接酶和DNA聚合酶的作用相同吗？试简要说明。答案：不相同。DNA连接酶连接的是两个DNA片段，而DNA聚合酶连接的是单个的脱氧核苷酸。2(选修3 P6“旁栏思考题”)想一想，具备什么条件才能充当“分子运输车”？答案：能自我复制、有一个或多个限制酶切割位点、有标记基因及对受体细胞无害等。1限制酶的选择技巧(1)根据目的基因两端的限制酶切割位点确定限制酶的种类应选择切割位点位于目的
2、基因两端的限制酶，如图甲可选择Pst。不能选择切割位点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择Sma。为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择用Pst和EcoR两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切割位点，如图乙)。(2)根据质粒的特点确定限制酶的种类所选限制酶要与切割目的基因的限制酶一致，以确保产生相同的黏性末端。质粒作为载体必须具备标记基因等，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中限制酶Sma会破坏标记基因；如果所选酶的切割位点不是一个，则切割重组后可能丢失某些片段，若丢失的片段含复制起点区，则切割重组后的片段进入受体细
3、胞后不能进行自主复制。2载体上标记基因的标记原理载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后，抗性基因在受体细胞内表达，使受体细胞能够抵抗相应抗生素，所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以筛选出转入载体的受体细胞，原理如下图所示：1(2016高考全国卷)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoR 、BamH 和Sau3A 三种限制性内切酶的识别序列与切割位点，图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoR 、Sau3A 的切点是唯一的)。根据基因工程的有关知识，回答下列问题：(1)经Bam
4、H 酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被_酶切后的产物连接，理由是_。(2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子，如图(c)所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有_，不能表达的原因是_。(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶，常见的有_和_，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是_。解析：(1)由题图(a)可知，尽管BamH 和Sau3A 两种限制酶的识别位点不相同，但两种酶切割后产生的DNA片段具有相同的黏性末端，故被BamH 酶切后得到的目的基因可以与题图(b)中表达载体被Sau3A 酶切后的产物连接。(2)运载体上的启
5、动子和终止子具有调控目的基因表达的作用，由于甲和丙的目的基因分别插入在启动子的上游和终止子的下游，故这两个运载体上的目的基因都不能被转录和翻译。(3)常见的DNA连接酶是Ecoli DNA连接酶和T4DNA连接酶，但作用有所差别，T4DNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端，而Ecoli DNA连接酶只能连接黏性末端。答案(1)Sau3A 两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端(2)甲和丙甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录(3)Ecoli DNA连接酶T4DNA连接酶T4DNA连接酶2(2020福建龙岩一中实验班月考)下图所示为pBR
6、322质粒，其中ampr(氨苄青霉素抗性基因)和tetr(四环素抗性基因)为标记基因，ori为复制原点，其他均为限制酶及其识别位点，并且每种限制酶都只有一个。pBR322质粒是基因工程较常用的运载体。回答下列相关问题：(1)制备重组质粒，需要限制酶和_酶。如制备重组质粒时，使用Pvu 切割该质粒，则检测目的基因是否导入受体细胞，需要在培养基中添加_。(2)该质粒中的BamH识别的核苷酸序列及切割位点为，而Sau3A 识别的核苷酸序列只有4个碱基。若BamH 和Sau3A 分别切割DNA所形成的DNA片段能拼接成一条DNA链，则Sau3A 识别的核苷酸序列及切割位点为_。该拼接在一起的DNA片段
7、，_(填“能”“否”或“不一定”)被BamH 识别。(3)与图示质粒相比，完整的重组质粒中还应有_等三种特殊的DNA片段。将重组质粒导入动、植物细胞的方法分别为_，如受体细胞为大肠杆菌，则该菌经钙离子处理后，将具备_的特性。解析：(1)基因工程所用的工具酶是限制酶和DNA连接酶。使用Pvu 切割pBR322质粒会破坏ampr(氨苄青霉素抗性基因)而tetr(四环素抗性基因)不受破坏，所以可用含有四环素的培养基来筛选具有目的基因的细胞。(2)据题可知，Sau3A 识别的核苷酸序列及其切割位点为，这样Sau3A 和BamH 切割DNA时才能形成相同的黏性末端，进而能拼接成一条DNA链。重新拼接的核
8、苷酸序列不一定是GGATCC，因此不一定能被BamH 识别，但一定能被Sau3A 识别。(3)一个完整的重组质粒有标记基因、目的基因、启动子、终止子和复制原点等特殊片段。将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法，而导入动物细胞的方法有显微注射法。钙离子处理后的大肠杆菌，将处于感受态，该状态的细胞具有将外界DNA吸入细胞的特性。答案：(1)DNA连接四环素(2)不一定(3)启动子、终止子和目的基因显微注射法，农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法(后者答出一个即可)将外界DNA吸入细胞考点二基因工程的基本操作1目的基因的获取(1)目的基因：主要指编码蛋白质的基因，也可以是
9、一些具调控作用的因子。(2)获取方法2基因表达载体的构建基因工程的核心3将目的基因导入受体细胞项目植物细胞动物细胞微生物细胞常用方法农杆菌转化法显微注射法转化法受体细胞体细胞或受精卵受精卵原核细胞过程将目的基因插入Ti质粒的TDNA上导入农杆菌侵染植物细胞整合到受体细胞中染色体的DNA上表达基因表达载体显微注射受精卵发育新性状个体Ca2处理细胞感受态细胞重组表达载体与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子4.目的基因的检测与鉴定1基因组文库与部分基因文库的比较项目基因组文库部分基因文库(cDNA文库)构建基因文库的过程某种生物全部DNA限制酶许多DNA片段分别与载体连接导入受体菌群体某种生物发
10、育的某个时期的mRNA反转录cDNA与载体连接导入受体菌群体其他区别含某种生物全部基因；有启动子、有内含子；部分可与其他生物基因交流含该种生物“部分”基因；无启动子、无内含子；均可与其他生物基因交流2.PCR技术(1)原理：DNA复制。(2)PCR反应过程过程说明图解变性当温度上升到90 以上时，双链DNA解聚为单链复性温度下降到50 左右，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合延伸72 左右时，Taq 酶有最大活性，可使DNA新链由5端向3端延伸(3)结果：上述三步反应完成后，一个DNA分子就变成了两个DNA分子，随着重复次数的增多，DNA分子就以2n的指数形式增加。PCR的反应过程都
11、是在PCR扩增仪中完成的。3四类受体细胞的筛选与判定当用相应的限制酶切割了目的基因与载体后，可将二者混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化受体细胞，其结果有如下四种：上述四类受体细胞中通过“标记基因”(制备的培养基)可区分出(1)(2)与(3)(4)，而通过DNA分子杂交技术，可进一步区分(3)与(4)。1(2019高考全国卷)基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。回答下列问题：(1)基因工程中所用的目的基因可以人工合成，也可以从基因文库中获得。基因文库包括_和_。(2)生物体细胞内的DNA复制开始时，解开DNA双链的酶是_。在体外利用PCR技术扩增目的基因时，使反应体
12、系中的模板DNA解链为单链的条件是_。上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的_。(3)目前在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是_。解析：(1)基因文库包括基因组文库和cDNA文库。(2)生物体细胞内DNA复制开始时是利用解旋酶进行解旋的，而在体外利用PCR技术扩增目的基因时，则是通过加热至9095 进行解旋的，二者都破坏了碱基对之间的氢键。(3)在PCR反应过程中，要加热至9095 ，所以使用热稳定性高的Taq酶，而不使用在高温下会失活的大肠杆菌DNA聚合酶。答案：(1)基因组文库cDNA文库(2)解旋酶加热至9095 氢键(3)Taq酶热稳定性高，而
13、大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活2(2020广东高三模拟)烟草易受烟草花叶病毒(TMV)感染而大幅度减产。绞股蓝细胞中含有抗TMV基因，能抵抗TMV感染，研究人员利用转基因技术培育出了抗TMV烟草，操作流程如下图所示。请回答下列问题：(1)过程所用RNA可以从_中获取。(2)过程可以采用_技术获得大量目的基因，该技术的实质是_。(3)过程最常用的方法是_，该方法中需将目的基因插入受体细胞的_上。(4)过程所用到的培养基除了卡那霉素之外，还需要加入的特殊物质是_。过程还需要进行基因工程操作步骤中的目的基因的检测与鉴定，在分子水平上检验获得的烟草能否抗TMV的方法是_。解析：(1)据题图可知，表
14、示逆转录过程，其模板RNA逆转录形成的DNA中含有目的基因(抗TMV基因)，因此该RNA可以从绞股蓝细胞的细胞质基质中提取。(2)过程表示获取目的基因的过程，利用PCR技术可以大量扩增目的基因，PCR技术的原理是双链DNA的复制。(3)过程表示将目的基因导入受体细胞的过程，将目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法，该方法可将目的基因插入受体细胞的染色体DNA上。(4)过程表示植物组织培养过程，此过程需要在培养基中加入植物激素，如细胞分裂素和生长素。过程表示目的基因的检测与鉴定过程，对于产生的蛋白质可以采用抗原抗体杂交法进行检验。答案：(1)绞股蓝细胞的细胞质基质(2)PCR(或多聚酶链式反应)双
15、链DNA的复制(3)农杆菌转化法染色体DNA(4)植物激素(或生长素和细胞分裂素)抗原抗体杂交法考点三基因工程的应用与蛋白质工程1基因工程的应用(1) (2) (3) (4) 2蛋白质工程1基因治疗基因诊断项目原理操作过程进展基因治疗基因表达将正常基因导入有基因缺陷的细胞中，以表达出正常性状来治疗(疾病)临床试验基因诊断碱基互补配对制作特定DNA探针与病人样品DNA混合，分析杂交带情况临床应用2.蛋白质工程与基因工程的关系项目区别与联系蛋白质工程基因工程区别过程预期蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列获取目的基因构建基因表达载体将目的基因导入受体细胞目的
16、基因的检测与鉴定实质定向改造或生产人类所需的蛋白质定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的类型或生物产品结果可生产自然界没有的蛋白质只能生产自然界已有的蛋白质联系蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程；基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造1(2020河南中原名校高三质检)干旱会影响农作物产量，科学家们对此进行了研究。下图为用基因探针检验某一抗旱植物基因型的原理，相关基因用R和r表示，回答下列问题：(1)在利用PCR技术扩增R或r基因的过程中，利用_可寻找抗旱基因的位置并进行扩增。(2)若被检植株发生A现象，不发生B、C现象。据此推测检测另一抗旱植物时会发生_
17、(填“A”“B”或“A或B”)现象。(3)用从基因文库中获取目的基因的方法获取抗旱基因时需要用到限制酶，限制酶能够识别双链DNA分子中的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的_断开。(4)经检测，抗旱基因已经导入烟草细胞，但未检测出抗旱基因转录出的mRNA，从构建基因表达载体的角度推测，最可能的原因是_。(5)要快速繁殖转基因抗旱烟草植株，目前常用的技术是_，该技术的基本过程是将离体的烟草细胞诱导脱分化形成_，然后再分化出根和芽并发育成小植株。该技术在作物新品种的培育方面两个最主要的应用是突变体的利用和_。解析：(1)用PCR技术扩增R或r基因时，需要用引物寻找抗旱基因
18、的位置。(2)被检植株发生A现象，不发生B、C现象，即r探针没有形成杂交斑，所以被检植物的基因型应为RR。因此另一抗旱植物的基因型应为RR或Rr，据题图分析可发生A或B现象。(3)限制酶能够识别双链DNA分子中的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂。(4)经检测，抗旱基因已经导入烟草细胞，但未检测出抗旱基因转录出的mRNA，从构建基因表达载体的角度推测，最可能的原因是基因表达载体上目的基因首端未加入启动子。(5)植物组织培养技术可快速繁殖抗旱烟草植株，该技术包括脱分化和再分化两个基本过程，其中先将离体的烟草细胞诱导脱分化形成愈伤组织，然后再分化出根和芽并
19、发育成小植株。该技术在作物新品种的培育方面两个最主要的应用是突变体的利用和单倍体育种。答案：(1)引物(2)A或B(3)磷酸二酯键(4)基因表达载体上目的基因首端未加入启动子(5)植物组织培养技术愈伤组织单倍体育种2(2015高考全国卷)已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的_进行改造。(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰_基因或
20、合成_基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括_的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：_。(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过_和_，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物_进行鉴定。解析：(1)据题可知，将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸后，该蛋白质的功能发生了改变，此过程是通过对构成蛋白质的氨基酸的排列顺序进行改造，进而改变了蛋白质的结构，从而改变了蛋白质的功能。(2)在蛋白质工程中，目的基因可以以P基因序列为基础，对生物体内
21、原有P基因进行修饰，也可以通过人工合成法合成新的P1基因。中心法则的内容如下图所示：由上图可知，中心法则的全部内容包括：DNA以自身为模板进行的复制，DNA通过转录将遗传信息传递给RNA，最后RNA通过翻译将遗传信息表达成蛋白质；在某些病毒中RNA可自我复制(如烟草花叶病毒等)，在某些病毒中能以RNA为模板逆转录合成DNA(如HIV)，这是对中心法则的补充。(3)蛋白质工程的基本途径是预期蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列合成DNA表达出蛋白质，经过该过程得到的蛋白质，需要对其生物功能进行鉴定，以保证其发挥正常作用。答案：(1)氨基酸序列(或结构)(其
22、他合理答案也可)(2)PP1DNA和RNA(或遗传物质)DNARNA、RNADNA、RNA蛋白质(或转录、逆转录、翻译)(3)设计蛋白质的结构推测氨基酸序列功能考点四DNA的粗提取与鉴定1实验原理(1)DNA与蛋白质在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同项目溶解规律2 mol/L NaCl溶液0.14 mol/L NaCl溶液DNA溶解析出蛋白质NaCl溶液物质的量浓度从2 mol/L逐渐降低的过程中，蛋白质溶解度逐渐增大部分发生盐析沉淀溶解(2)DNA不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精，利用这一原理可将DNA与蛋白质进一步分离。(3)DNA与二苯胺沸水浴加热，呈蓝色。2操作流程材
23、料的选取：选用DNA含量相对较高的生物组织破碎细胞(以鸡血为例)：去除杂质：利用DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，通过控制NaCl溶液的浓度去除杂质DNA的析出：将处理后的溶液过滤，加入与滤液体积相等的、冷却的体积分数为95%的酒精溶液DNA的鉴定：在溶有DNA的溶液中加入二苯胺试剂，混合均匀后将试管置于沸水中加热5 min，溶液变成蓝色DNA的粗提取与鉴定中的“2、4、4”加蒸馏水2次加到血细胞中，使血细胞吸水破裂；加到含DNA的2 mol/L的NaCl溶液中，使NaCl溶液的物质的量浓度下降到0.14 mol/L，使DNA析出用纱布过滤4次过滤血细胞破裂液，得到含细胞核物质的滤液
24、；过滤溶有DNA的2 mol/L的NaCl溶液，取滤液；滤取0.14 mol/L的NaCl溶液中析出的DNA(黏稠物)；过滤溶有DNA的2 mol/L的NaCl溶液用NaCl溶液4次加2 mol/L的NaCl溶液，溶解提取的细胞核物质；用0.14 mol/L的NaCl溶液使DNA析出；用2 mol/L的NaCl溶液，溶解滤取的DNA黏稠物；用2 mol/L的NaCl溶液，溶解丝状物用于鉴定DNA1下图为“DNA粗提取和鉴定”实验的相关操作，请仔细观察并分析回答下列问题：(1)操作和都是加入蒸馏水，其目的一样吗？_。(2)操作中加入酒精的目的是什么？此时搅拌要注意什么？_。(3)操作中的黏稠物是
25、如何获取的？加入2 mol/L NaCl的目的是什么？_。答案：(1)不一样。是使鸡血细胞吸水涨破释放出核物质；是稀释NaCl溶液使其浓度接近0.14 mol/L，去除溶于低浓度NaCl溶液的杂质(2)中加入酒精的目的是析出DNA，去除其中溶于酒精的杂质。这时候搅拌要沿一个方向，轻缓地进行(3)黏稠物是经过单层纱布过滤获得的。加入2 mol/L的NaCl溶液的目的是使DNA再次溶解2实验中对DNA进行鉴定时，有如下操作。据图表回答下列问题：试管序号AB1加2 mol/L的NaCl溶液5 mL加2 mol/L的NaCl溶液5 mL2不加加入提取的DNA丝状物并搅拌3加4 mL二苯胺，混匀加4 m
26、L二苯胺，混匀4沸水浴5 min沸水浴5 min实验现象_实验结论_(1)根据上图，完成表格空白处的实验内容。(2)对于B试管，完成1、2、3的操作后溶液颜色如何变化？_。(3)在沸水浴中加热的目的是_，同时说明DNA对高温有较强的_。(4)A试管在实验中的作用是_。(5)B试管中溶液颜色的变化程度主要与_有关。解析：A、B两试管形成对照，B试管中含DNA丝状物，A试管中不含DNA丝状物，起对照作用，其他条件均完全相同。本实验强调反应条件是沸水浴加热5 min，这样可加快颜色反应的速度，观察对比两试管的颜色时要等到冷却以后。答案：(1)溶液不变成蓝色溶液逐渐变成蓝色DNA在沸水浴的情况下遇二苯胺会变成蓝色(2)溶液颜色基本不变(3)加快颜色反应速度耐受性(4)对照(5)加入试管中的DNA(丝状物)的多少易误警示易错点1误认为目的基因的插入位点是“随机”的点拨目的基因的插入位点不是随机的，基因表达需要启动子与终止子的调控，所以目的基因应插入启动子与终止子之
